JP2016107688A

JP2016107688A - 車両のステアリング装置

Info

Publication number: JP2016107688A
Application number: JP2014244588A
Authority: JP
Inventors: 真也盛永; Masaya Morinaga; 宗一郎岩永; Soichiro Iwanaga
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2014-12-03
Filing date: 2014-12-03
Publication date: 2016-06-20

Abstract

【課題】手動チルト機構用のステアリング装置をベースに、体格や車両搭載性を略維持したまま電動チルト機構を構成し得るステアリング装置を提供する。【解決手段】チルトシャフト３の軸Ｃｓを中心とする第１の内歯を有する固定内歯歯車５１と、チルトブラケットに対し回動可能に支持されると共にリンク機構４に連結され、軸Ｃｓを中心とする第２の内歯を有する可動内歯歯車５２と、軸Ｃｓを中心に回転する軸部を有すると共に、軸Ｃｓに対してオフセットした軸Ｃｃを中心に回転する円板カム部５３ｃを有する偏心カムシャフト５３と、円板カム部の軸を中心に回転可能に支持され、固定内歯歯車及び可動内歯歯車に常時噛合する外歯を有する外歯歯車５４を備え、チルトシャフト３が電動モータによって回転駆動される。【選択図】図４

Description

本発明は、車両のステアリング装置に関し、特に、車体に対しステアリングコラムを揺動可能に支持し所望のチルト位置に調整するステアリング装置に係る。

ステアリングホイールの操作位置を所望のチルト位置に調整する機構として、電動のチルト機構が知られており、例えば下記の特許文献１には、「チルト・テレスコピック機構の駆動方式に関係なく、ステアリングコラムを共通使用することができるステアリング装置を提供すること」を目的とし（特許文献１の段落〔０００５〕に記載）、「ステアリングホイールが取着されるステアリングシャフトと、前記ステアリングシャフトを回転可能に収容支持するステアリングコラムと、前記ステアリングコラムにステアリング位置調整機構を取り付けるためのブラケットを備えるステアリング装置において、前記ステアリングコラムは、前記ブラケットが着脱自在に構成」された装置が提案されている（同段落〔０００６〕に記載）。更に、「前記ブラケットは、手動式チルト・テレスコピック機構を取り付けるためのサポートブラケット又は電動式チルト・テレスコピック機構を取り付けるためのベースブラケットである」と記載され（同段落〔０００７〕）、「前記サポートブラケットの取付部と、前記ベースブラケットの取付部を共通化」することが記載されている（同段落〔０００９〕）。

また、下記の特許文献２には、上記特許文献１に記載のチルト機構部は「従前の手動チルト機構と電動チルト機構の構造を踏襲しているので、電動チルト機構は従前同様大型であり、車両への搭載が困難である」とし、「手動チルト機構との互換性を有し、車両への搭載が容易な小型の電動チルト機構を構成し得るステアリング装置を提供すること」を目的とし（特許文献２の段落〔０００６〕及び〔０００７〕に記載）、「前記ステアリングコラムを保持し、前記固定ブラケットに対し相対移動可能に支持されるチルトブラケットと、前記車体の横方向に延在し、前記固定ブラケットに対し前記ステアリングコラムの軸方向に相対移動可能に支持されるチルトシャフトと、該チルトシャフトの軸を中心に前記チルトブラケットを回転駆動し前記固定ブラケットに対する前記チルトブラケットの相対位置を調整する駆動ユニットとを備える」ことが提案され、「前記駆動ユニットは、前記チルトシャフトに一端が固定されるクランク部材と、前記チルトブラケットに固定される電動モータと、該電動モータの出力を減速して前記クランク部材の他端を回転駆動する減速機を備えたもの」が提案されている（同段落〔０００８〕及び〔０００９〕に記載）。

特開２００６―２６４５４７号公報特開２０１３―１６３４５８号公報

上記特許文献１に記載のステアリング装置は、特許文献２で説明されているように「電動チルト機構は従前同様大型であり、車両への搭載が困難である」のに対し、特許文献２に記載のステアリング装置は、手動チルト機構との互換性を有し、「従来に比し少ない部品点数で簡単且つ組み付け容易な小型の電動チルト機構を構成することができる」（特許文献２の段落〔００１２〕に記載）。然しながら、クランク部材等によっては減速比に限りがあり、減速機が必要となる。また、電動チルト機構用のチルトシャフトを支持するための長穴とは形状が異なる手動チルト機構用の長穴を形成した固定ブラケットを用意する必要がある（同段落〔００２６〕に記載）。従って、更なる改良の余地があり、駆動ユニット等を上記と異なる構成とすれば、固定ブラケット等に対する変更を最小限に抑えた状態で、手動チルト機構との互換性を有する電動チルト機構を構成することができる。

そこで、本発明は、ステアリングコラムを所望のチルト位置に調整する車両のステアリング装置において、手動チルト機構用のステアリング装置をベースに、体格や車両搭載性を略維持したまま電動チルト機構を構成し得るステアリング装置を提供することを課題とする。

上記の課題を達成するため、本発明は、車体に固定される固定ブラケットと、前記車体に対し揺動可能に支持されるステアリングコラムを備え、該ステアリングコラムを前記固定ブラケットに対し所望の傾斜角度のチルト位置に調整する車両のステアリング装置において、前記ステアリングコラムを保持し、前記固定ブラケットに対し相対移動可能に支持されるチルトブラケットと、該チルトブラケットに回動可能に支持され前記車体の横方向に延在するチルトシャフトと、該チルトシャフトと前記固定ブラケットとを連結するリンク機構と、前記チルトブラケットに支持され、前記チルトシャフトを回転駆動し前記リンク機構を介して前記固定ブラケットに対する前記チルトブラケットの相対位置を調整する駆動ユニットとを備え、該駆動ユニットが、前記チルトブラケットに固定され前記チルトシャフトを回転駆動する電動モータと、前記チルトブラケットに固定され、前記チルトシャフトの軸を中心とする第１の内歯を有する固定内歯歯車と、前記チルトブラケットに対し回動可能に支持されると共に前記リンク機構に連結され、前記チルトシャフトの軸を中心とする第２の内歯を有する可動内歯歯車と、前記チルトシャフトに連結され、前記チルトシャフトの軸を中心に回転する軸部を有すると共に、前記チルトシャフトの軸に対してオフセットした軸を中心に回転する円板カム部を有する偏心カムシャフトと、該偏心カムシャフトの円板カム部の軸を中心に回転可能に支持され、前記固定内歯歯車及び前記可動内歯歯車に常時噛合する外歯を有する外歯歯車とを備えることとしたものである。

上記のステアリング装置において、前記可動内歯歯車の第２の内歯の歯数が、前記固定内歯歯車の第１の内歯の歯数より１多く設定されている構成とするとよい。また、前記リンク機構は、前記固定ブラケットに一端部が回転可能に支持される第１のリンクと、該第１のリンクの他端部に対し一端部が回転可能に連結される第２のリンクとを備え、該第２のリンクが前記可動内歯歯車に一体的に形成されている構成とするとよい。

上記のステアリング装置において、前記駆動ユニットが、前記電動モータの出力を減速して前記チルトシャフトを回転駆動する減速機を備えたものとしてもよい。前記減速機は、前記電動モータの出力軸に固定される第１のウォームギヤと、該第１のウォームギヤに噛合する第１のウォームホイールを備えると共に、該第１のウォームホイールの回転軸部に固定される第２のウォームギヤと、該第２のウォームギヤに噛合する第２のウォームホイールを備え、該第２のウォームホイールが前記チルトシャフトに連結されるように構成することができる。

本発明は上述のように構成されているので以下の効果を奏する。即ち、本発明のステアリング装置においては、上記の構成に成るチルトブラケット、チルトシャフト、リンク機構及び駆動ユニットを備え、この駆動ユニットが、チルトブラケットに固定されチルトシャフトを回転駆動する電動モータと、チルトブラケットに固定され、チルトシャフトの軸を中心とする第１の内歯を有する固定内歯歯車と、チルトブラケットに対し回動可能に支持されると共にリンク機構に連結され、チルトシャフトの軸を中心とする第２の内歯を有する可動内歯歯車と、チルトシャフトに連結され、チルトシャフトの軸を中心に回転する軸部を有すると共に、チルトシャフトの軸に対してオフセットした軸を中心に回転する円板カム部を有する偏心カムシャフトと、円板カム部の軸を中心に回転可能に支持され、固定内歯歯車及び可動内歯歯車に常時噛合する外歯を有する外歯歯車とを備えたものであるので、手動チルト機構用のステアリング装置をベースに、体格や車両搭載性を略維持したまま容易に電動チルト機構を構成することができ、ステアリングコラムに係る基本構成を共通化し、手動チルト機構と電動チルト機構を選択的に構成することもできる。特に、上記の駆動ユニットの構成においては、可動内歯歯車からの入力に対して偏心カムシャフトが回転しないセルフロック特性を有するため、ステアリングホイールに荷重が入力されても操作位置が変化することはなく、運転者が意図しないチルト作動を確実に防止することができる。

特に、上記の駆動ユニットにおいて、可動内歯歯車の第２の内歯の歯数が、固定内歯歯車の第１の内歯の歯数より１多く設定されている構成とすれば、大きな減速比の差動歯車機構を構成することができ、電動モータの小型化が可能となる。また、リンク機構は、固定ブラケットに一端部が回転可能に支持される第１のリンクと、第１のリンクの他端部に対し一端部が回転可能に連結される第２のリンクとを備えたものとし、第２のリンクが可動内歯歯車に一体的に形成されている構成とすれば、少ない部品点数で小型に形成することができる。

更に、上記の駆動ユニットにおいて、電動モータの出力を減速してチルトシャフトを回転駆動する減速機を備えたものとし、この減速機が、上記の第１及び第２のウォームギヤと第１及び第２のウォームホイールを備えると共に、第２のウォームホイールがチルトシャフトに連結されるように構成すれば、電動モータの一層の小型化が可能となる。

本発明の一実施形態に係るステアリング装置を示す側面図である。本発明の一実施形態に係るステアリング装置を示す正面図である。本発明の一実施形態に係るステアリング装置のリンク機構及び駆動ユニット部分を拡大して示す側面図である。本発明の一実施形態に供する駆動ユニットを示すもので、図１のＡ−Ａ線断面図である。本発明の一実施形態に供する駆動ユニットを示すもので、図２のＢ−Ｂ線断面図である。本発明の一実施形態に供する駆動ユニットの一部を分解して示す斜視図である。本発明の一実施形態に係るステアリング装置のチルトアップ位置の状態を示す側面図である。本発明の一実施形態に係るステアリング装置のチルトダウン位置の状態を示す側面図である。

以下、本発明の望ましい実施形態を図面を参照して説明する。図１乃至図６は本発明の一実施形態に係るステアリング装置の構成を示すもので、車体（図示せず）に対しステアリングコラム１０が揺動可能に支持されており、ステアリングコラム１０をアッパブラケット１ａ（固定ブラケット）に対し所望の傾斜角度のチルト位置に調整し得るように構成されている。ステアリングコラム１０の車体への支持構造は、車体に固定されたアッパブラケット１ａに対し、チルトブラケット２が相対移動可能に支持されており、このチルトブラケット２にステアリングコラム１０の中間部が保持され、車体の前方に配置された揺動中心（Ｃｔ）を中心に回転（揺動）し得るように支持されている。

ステアリングコラム１０は、ステアリングシャフト１１と、これを囲繞するように同軸上に配置されるメインチューブ１２を有し、ステアリングシャフト１１の後端にステアリングホイール（図示せず）が支持され、その前端が転舵機構（図示せず）に連結される。ステアリングシャフト１１は、後端部にステアリングホイール（図示せず）が接続される筒状のアッパシャフト１１ａと、このアッパシャフト１１ａの前端部と連結されるロアシャフト（図示せず）から成り、ロアシャフトの前端部が転舵機構（図示せず）に接続されている。この転舵機構はステアリングホイールの操作に応じて駆動されて車輪操舵機構（図示せず）を介して操舵輪（図示せず）を転舵するように構成されている。

本実施形態の固定ブラケットとしては、図１及び図２に示すように、車体後方でステアリングコラム１０を上下方向に移動可能に支持するアッパブラケット１ａと、車体前方でステアリングコラム１０を揺動中心（Ｃｔ）を中心に回転可能に支持するロアブラケット１ｂがあるが、単に固定ブラケットというときはアッパブラケット１ａを指す。尚、アッパブラケット１ａは図２に示すように一体的に形成されているが、図２の上下方向に二分割して（例えば溶接により）結合したものとしてもよい。また、チルトブラケット２は図４に示すようにＵ字形状に形成され、その両脚部２ａ、２ｂがステアリングコラム１０の中間部に（例えば溶接にて）固定されている。更に、チルトブラケット２の一方の脚部２ａには、図４に示すように、車体の横方向に延在するようにチルトシャフト３が軸受３ｄを介して回動可能に支持されており、図１及び図３に示すように、チルトシャフト３とアッパブラケット１ａとを連結するリンク機構４が設けられている。尚、チルトブラケット２の他方の脚部２ｂには、チルトシャフト３とは別体のチルトシャフト３ｘが回動可能に支持されている。

本実施形態のチルトシャフト３は、図４及び図６に示すように形成されており、後述するように、可動内歯歯車５２の回転中心孔とスプライン結合する突条が外周面に形成された軸部３ａと、第２のウォームホイール６２ｗの回転中心孔とスプライン結合する突条が外周面に形成された軸部３ｂと、ナット５９と螺合する螺子部３ｃを有する。また、本実施形態のリンク機構４は、（Ｕ字状の）チルトブラケット２を構成する脚部２ａ、２ｂの各々に、第１及び第２のリンクが設けられており、脚部２ｂ側は、図３に示すように、アッパブラケット１ａに一端部が回転可能に支持される第１のリンク４１と、第１のリンク４１の他端部に対し一端部が回転可能に連結される第２のリンク４２を備えているが、脚部２ａ側の第２のリンクは、可動内歯歯車５２（図６に示し、後述する）に一体的に形成されたリンク部５２ａで構成されている。

そして、本実施形態の駆動ユニット５がチルトブラケット２の連結部２ｃ（Ｕ字形状の内側）に配置され、螺子等でチルトブラケット２に支持されている。この駆動ユニット５は、チルトシャフト３を回転駆動しリンク機構４を介してアッパブラケット１ａに対するチルトブラケット２の相対位置を調整するもので、図３乃至図６に示すように構成されている。即ち、駆動ユニット５は、チルトブラケット２に固定されチルトシャフト３を回転駆動する電動モータ５０を有し、チルトブラケット２に固定され、チルトシャフト３の軸を中心とする第１の内歯を有する固定内歯歯車５１と、チルトブラケット２に対し回動可能に支持されると共にリンク機構４に連結され、チルトシャフト３の軸を中心とする第２の内歯を有する可動内歯歯車５２と、チルトシャフト３の軸（Ｃｓ）を中心に回転する軸部５３ａ、５３ｂを有すると共に、チルトシャフト３の軸に対してオフセットした軸（Ｃｃ）を中心に回転する円板カム部５３ｃを有する偏心カムシャフト５３と、円板カム部５３ｃの軸を中心に回転可能に支持され、固定内歯歯車５１及び可動内歯歯車５２に常時噛合する外歯を有する外歯歯車５４を有している。

可動内歯歯車５２に形成される第２の内歯の歯数（Ｚｂ）は、固定内歯歯車５１に形成される第１の内歯の歯数（Ｚａ）より１多く設定されている（Ｚｂ＝Ｚａ＋１）。また、図６に示すように、可動内歯歯車５２にはレバー形状のリンク部５２ａが一体的に形成されており、このリンク部５２ａによって（脚部２ａ側の）第２のリンクが構成されている。前述のように、固定内歯歯車５１及び可動内歯歯車５２は偏心カムシャフト５３の軸部５３ａ、５３ｂの中心軸（Ｃｓ）と同軸に配置され、外歯歯車５４は円板カム部５３ｃの中心軸（オフセットした軸Ｃｃ）と同軸に配置される。尚、軸部５３ａ、５３ｂの軸（Ｃｓ）と円板カム部５３ｃの中心軸（Ｃｃ）のオフセット量は、外歯歯車５４が固定内歯歯車５１及び可動内歯歯車５２と噛合するように設定されている。

而して、駆動ユニット５においては減速比Ｚｂの差動歯車機構が構成されている。即ち、電動モータ５０からの入力により偏心カムシャフト５３が中心軸（Ｃｓ）回りに回転すると、外歯歯車５４は固定内歯歯車５１及び可動内歯歯車５２と噛み合いながら中心軸（Ｃｓ）回りに公転し、可動内歯歯車５２が中心軸（Ｃｓ）回りに回転する。このとき、偏心カムシャフト５３の回転に対し可動内歯歯車５２は大きく減速されて回転するため、小さな入力トルクにより駆動することが可能となる。尚、図６において、５５及び５６はブシュ、５７はＣ字状の止め輪、５８はワッシャ、５９はナットを示し、６２ｗは後述する第２のウォームホイールを示す。

更に、駆動ユニット５は、電動モータ５０の出力を減速してチルトシャフト３を回転駆動する減速機６を備えている。本実施形態の減速機６は、電動モータ５０の出力軸に固定される第１のウォームギヤ６１ｇと、第１のウォームギヤ６１ｇに噛合する第１のウォームホイール６１ｗを備えると共に、第１のウォームホイール６１ｗの回転軸部６１ｓに固定される第２のウォームギヤ６２ｇと、第２のウォームギヤ６２ｇに噛合する第２のウォームホイール６２ｗを備え、第２のウォームホイール６２ｗがチルトシャフト３に連結されている。即ち、第１のウォームギヤ６１ｇと第１のウォームホイール６１ｗによって第１段の減速機構が構成され、第２のウォームギヤ６２ｇと第２のウォームホイール６２ｗによって第２段の減速機構が構成されている。

尚、本実施形態においては、前述のように大きな減速比の差動歯車機構が構成されているので、電動モータ５０により偏心カムシャフト５３を直接駆動する構成とすることもできるが、上記のように、更に、大きな減速比を設定し得るウォームギヤ及びウォームホイールの減速機構が用いられ、しかも２段減速構成とすることで電動モータ５０の小型化を図っている。もっとも、要求仕様によっては、減速機構は１段のみとしてもよく、３段以上としてもよい。あるいは、平歯車による減速機構を用いることもできる。

本実施形態の駆動ユニット５は上記のように構成されているので、電動モータ５０が駆動されると、その回転が減速機６によって適切に減速されて、上記の差動歯車機構が駆動され、可動内歯歯車５２に形成された第２のリンク４２が偏心カムシャフト５３の中心軸（Ｃｓ）回りに揺動する。このとき、駆動ユニット５は（チルトブラケット２を介して）ステアリングコラム１０に固定されており、また、アッパブラケット１ａは車体に固定されているため、ステアリングコラム１０はチルト中心（Ｃｔ）回りに揺動運動し、図５又は図６に示すようにチルト作動する。而して、ステアリングコラム１０が所望のチルト位置となるように、アッパブラケット１ａに対するチルトブラケット２の相対位置が調整される。尚、図５及び図６のＮＴは中立位置（チルトニュートラル位置）、ＴＵはチルトアップ位置、ＴＤはチルトダウン位置を示す。

そして、上記の差動歯車機構は、可動内歯歯車５２からの入力に対して偏心カムシャフト５３が回転しないセルフロック特性を有するため、ステアリングホイール（図示せず）に荷重が入力されてもステアリングホイールの操作位置が変化することはない。従って、乗降時や操舵時などの運転者による荷重入力に対し、ロック機構（例えばクラッチ等）を用いることなくステアリングホイールの操作位置を固定することができ、不意なチルト作動を防止することが可能となる。

上記の構成になる本実施形態のステアリング装置においては、アッパブラケット１ａに若干の変更を加え、駆動ユニット５を手動チルト機構用のユニットに変更すれば、手動操作でチルト作動を行い得るステアリング装置を容易に構成することができる。尚、手動チルト機構用のユニットは従前のもの（例えば前掲の特許文献１に記載）と同様であるので説明を省略する。従って、電動チルト機構を備えたステアリング装置と同じ生産ラインで、手動チルト機構に組付ければ、従前と同様の手動チルト機構を備えたステアリング装置を製造することができる。特に、駆動ユニット５等の電動機構関連部品以外は部品の共通化が可能であり、手動チルト機構と電動チルト機構とを選択可能な構成とする際に、例えば、従前のような手動チルト機構への影響は生じないため、手動チルト機構への変更時のコストアップや車両搭載性の悪化を懸念する必要はない。

１ａアッパブラケット（固定ブラケット）
２チルトブラケット
３チルトシャフト
４リンク機構
４１第１のリンク
４２第２のリンク
５駆動ユニット
６減速機
１０ステアリングコラム
５０電動モータ
５１固定内歯歯車
５２可動内歯歯車
５３偏心カムシャフト
５４外歯歯車

Claims

車体に固定される固定ブラケットと、前記車体に対し揺動可能に支持されるステアリングコラムを備え、該ステアリングコラムを前記固定ブラケットに対し所望の傾斜角度のチルト位置に調整する車両のステアリング装置において、前記ステアリングコラムを保持し、前記固定ブラケットに対し相対移動可能に支持されるチルトブラケットと、該チルトブラケットに回動可能に支持され前記車体の横方向に延在するチルトシャフトと、該チルトシャフトと前記固定ブラケットとを連結するリンク機構と、前記チルトブラケットに支持され、前記チルトシャフトを回転駆動し前記リンク機構を介して前記固定ブラケットに対する前記チルトブラケットの相対位置を調整する駆動ユニットとを備え、該駆動ユニットが、前記チルトブラケットに固定され前記チルトシャフトを回転駆動する電動モータと、前記チルトブラケットに固定され、前記チルトシャフトの軸を中心とする第１の内歯を有する固定内歯歯車と、前記チルトブラケットに対し回動可能に支持されると共に前記リンク機構に連結され、前記チルトシャフトの軸を中心とする第２の内歯を有する可動内歯歯車と、前記チルトシャフトに連結され、前記チルトシャフトの軸を中心に回転する軸部を有すると共に、前記チルトシャフトの軸に対してオフセットした軸を中心に回転する円板カム部を有する偏心カムシャフトと、該偏心カムシャフトの円板カム部の軸を中心に回転可能に支持され、前記固定内歯歯車及び前記可動内歯歯車に常時噛合する外歯を有する外歯歯車とを備えたことを特徴とする車両のステアリング装置。
前記可動内歯歯車の第２の内歯の歯数が、前記固定内歯歯車の第１の内歯の歯数より１多く設定されていることを特徴とする請求項１記載の車両のステアリング装置。
前記リンク機構は、前記固定ブラケットに一端部が回転可能に支持される第１のリンクと、該第１のリンクの他端部に対し一端部が回転可能に連結される第２のリンクとを備え、該第２のリンクが前記可動内歯歯車に一体的に形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の車両のステアリング装置。
前記駆動ユニットが、前記電動モータの出力を減速して前記チルトシャフトを回転駆動する減速機を備えたことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の車両のステアリング装置。
前記減速機が、前記電動モータの出力軸に固定される第１のウォームギヤと、該第１のウォームギヤに噛合する第１のウォームホイールを備えると共に、該第１のウォームホイールの回転軸部に固定される第２のウォームギヤと、該第２のウォームギヤに噛合する第２のウォームホイールを備え、該第２のウォームホイールが前記チルトシャフトに連結されることを特徴とする請請求項１乃至４の何れか一項に記載の車両のステアリング装置。